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混凝土泵车回转底座的有限元分析

发布于:2016-10-15 20:34
有限元分析

      混凝土泵车作为一种常见的建筑施工机械,具有施工效率高、对环境污染少等众多的优点,已经被广泛的应用在桥梁、电厂、钢厂、水处理厂等大型设备和一些高层建筑中。为了适应市场的需求,2004年,开发出国内首创的前伸缩后摆动型支腿的40 m级混凝土泵车,其优点是适宜在狭窄工地的施工。
      回转底座是混凝土泵车中的关键结构件之一,上部连接混凝土布料臂架,下部与汽车底盘相连接。如图所示,该回转底座前端部连接伸缩型支腿,后部连接摆动型支腿,结构独特,受力复杂,用一般解析法无法进行受力分析。为了系统直观地反映整个回转底座的应力变化趋势,运用ANSYS分析App对其进行有限元分析
      混凝土泵车工作时,位于回转底座上部的布料臂架在水平面内360°全回转,同时各节臂杆在垂直平面内自由转动。综合泵车的整个工况,当各节臂杆与水平面平行,进行水平状态泵送布料工作时,回转底座承受的倾覆弯距最大,回转底座的应力最大,布料臂方向支腿受力也最大,当图中所示的口角恰好为钝角132.7°时针算后得出,与布料臂相反方向的支腿抬起该支腿力为零,整车的支承形式变为三点支承,此时D支腿受力最大。由于D支腿为伸缩型支腿,其与回转底座的连接处将承受较大的挤压应力,此时回转底座局部受力最恶劣,对该工况进行详细分析,足以看出回转底座的应力分布及变化趋势。
      该回转底座属于典型的板壳单元结构,因此实体结构采用了4节点板壳线弹性单元模型SHELL63单元即可撑弯板壳单元进行网格划分,单元类型为四边形单元或三角形单元,建立有限元模型所遵循的原则如下:1)各板件厚度方向的位置以板厚中分面来确定;2)为提高计算的运行速度,油口、小工艺孔对计算结果影响很小,在建立有限元模型时忽略;3)为保证焊接工艺而设计的板边缘,对计算结果分析;4)为提高元件划分的优良率,对为避免应力集中而采用的倒圆角或板的折弯圆弧,也未考虑在内。
回转底座的有限元模型采用了PRO/E及ANSYSApp通过PREP多种技术处理及修复,局部应力集中点采用2倍及4倍的网格细化,总共划分357个面,57197个节点,47026个单元,如图所示。
      一般汽车起重机车架泵车回转底座的结构形式等同于汽车起重机的车架的有限元计算,大多采用以四支腿作为约束点,然后在均布的螺栓孔上施加线性分布力。实际工作中,回转支承部位设计较为刚性,上下车通过高强度螺栓紧密地连接。在总体工况已计算出支腿反力的情况下,完全可以采用约束螺栓孔的办法计算回转底座的应力分布,这样一次就可以得出与支腿连接处的局部应力。
      有限元的应力、应变分布云图,在多板交叉尖点出现了应力集中实际情况,这些区域都进行了圆弧处理及圆滑过渡,其附近区域应力值显著下降,其余大部分应力均在460MPa以内。由圣维南定理可知:应力集中点对较远处应力不受影响。因此,回转底座的应力分布合理,符合实际工作工况。
      从有限元分析也可以看出,多板交叉尖点的应力值与其附近区域应力值相比较,呈几何基数增加。这就要求焊接中严禁在板交叉区域起弧及收弧。同时要求,在设计中应尽可能地在该区域采用大圆角过渡,焊缝采用圆滑焊接处理,严禁出现焊接缺陷。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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